CN105295878A - 一种纳米二氧化硅乳化堵水剂及其应用 - Google Patents

一种纳米二氧化硅乳化堵水剂及其应用 Download PDF

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江建林
侯钰
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Abstract

本发明公开了一种纳米二氧化硅乳化堵水剂及其应用。该纳米二氧化硅乳化堵水剂由纳米二氧化硅、表面活性剂和水组成；所述纳米二氧化硅乳化堵水剂中，纳米二氧化硅的含量为0.5-20重量％，表面活性剂的含量为0.02-5重量％，其余为水。该纳米二氧化硅乳化堵水剂应用于原油中可以获得均匀稳定且黏度较高的乳液，具有较高的封堵强度，并且该堵水剂组成简单易于油田实施。

Description

一种纳米二氧化硅乳化堵水剂及其应用
技术领域
本发明涉及一种纳米二氧化硅乳化堵水剂及其应用，具体地，涉及一种用于油井开发中堵水调剖的纳米二氧化硅乳化堵水剂，以及该纳米二氧化硅乳化堵水剂在油井中进行堵水的应用。
背景技术
油田开发过程中，堵水调剖是“稳油控水”的一项重要技术手段。目前油井堵水剂主要有两大类，一是非选择性堵剂，二是选择性堵剂。由于非选择性堵剂无选择性，对于多层系开发的地层，容易造成油层伤害，严重影响油井产能，并且封堵施工工艺复杂，工序繁多，作业成本高。而常用的选择性堵剂如聚合物、泡沫等选择性有限，封堵能力不强，堵水成功率也不高。
乳化原油堵水剂利用原油遇水乳化后形成高黏乳液体系，达到封堵高渗水流通道的目的，属于选择性堵剂。乳化原油堵水剂具有较好的选择性，遇水时通过乳化作用形成黏度较高的油包水乳液，堵塞渗水通道，而遇原油时被稀释、黏度下降，不影响原油渗流通道。乳化原油堵水剂同时也具有较高的封堵强度，原油乳化后黏度可增加数倍，达到数百mPa·s，而且在地层岩缝中由于存在油水界面的毛细管“贾敏”效应，使乳液封堵效果进一步提高。
CN101824979A公开了一种稠油蒸汽吞吐井乳化法调剖堵水方法，其中将抗高温油包水型乳化剂随蒸汽同时注入或在吞吐井注蒸汽前注入经蒸汽吞吐开采的稠油油藏底层；其中，所述抗高温油包水乳化剂主要包括HLB值小于6的阴离子型、阳离子型、非离子型或复合型表面活性剂。该方法中的乳化剂具有较强的耐温能力，但限于在高温工况下的注蒸汽井实施。
CN102061153介绍了一种油井堵水用原油乳化剂，其原料为二甲胺、环氧氯丙烷和水。该乳化剂需二甲胺与环氧氯丙烷先反应，反应过程不易控制易影响获得乳化剂的质量和实施效果。
CN102329600A公开了一种油井纳米颗粒封窜堵水剂，含有氧化钙、氧化硅、氧化铝、氧化铁、三乙醇胺、KCl、Na2SiO3、膨润土、丙酮和甲醛缩聚物、铁铬木质素磺酸盐和水，该堵水剂通过先将氧化钙、氧化硅、氧化铝、氧化铁、Na2SiO3、膨润土及丙酮和甲醛缩聚物先研磨至颗粒粒径达到1-100nm，并将三乙醇胺、KCl、铁铬木质素磺酸盐和水混合溶解为溶液，然后将研磨的产物与溶液混合得到。该方法组成较复杂实施繁琐，不适于实际使用。
CN1704559A公开了一种高强度易溶解纳米堵水剂，由纳米氧化硅、纳米氧化铁、纳米碳酸钙、纳米氧化铝、超细水泥及助剂组成。该剂组成复杂不利于实施应用。
CN1760312A公开了一种植物油田堵水材料，其中包括烘干海藻、聚醚多元醇、甲苯二异氰酸酯、天然橡胶、二氧化硅、聚乙二醇(400)、碳酸钙(100目)和橡胶助剂，该材料需要通过以下工艺生产：将聚醚多元醇加入反应釜升温120℃，真空脱水30分钟，之后降温至50℃，加入甲苯二异氰酸酯升温到85℃，搅拌2小时，然后降温至40℃出料，作为A组分备用。将天然橡胶和经粉碎为80目的海藻、二氧化硅、聚乙二醇、碳酸钙以及橡胶助剂与A组分混和，在压胶机上混炼均匀后，在120℃硫化30分钟，经橡胶粉碎机粉碎为80目，即为植物油田堵水材料。该方法复杂不适于实际在油田堵水中使用。
由此可见，获得组成简单、乳液稳定、易应用实施的堵水剂仍是油井开发所需要的。
发明内容
本发明的目的是为了获得能够使乳液稳定性好且有较高黏度的堵水剂并克服现有技术的堵水剂组成复杂和不易实施的缺陷，提供了一种纳米二氧化硅乳化堵水剂及其应用。
为了实现上述目的，本发明提供一种纳米二氧化硅乳化堵水剂，该纳米二氧化硅乳化堵水剂由纳米二氧化硅、表面活性剂和水组成；所述纳米二氧化硅乳化堵水剂中，纳米二氧化硅的含量为0.5-20重量％，表面活性剂的含量为0.02-5重量％，其余为水。
本发明还提供了本发明提供的纳米二氧化硅乳化堵水剂在油井中进行堵水的应用，该应用包括将该纳米二氧化硅乳化堵水剂与酸混合，得到的混合物的pH值为8以下，将所述混合物与原油混合，所述混合按所述纳米二氧化硅乳化堵水剂与原油的剂油体积比为0.4-0.7：1进行。
采用本发明提供的纳米二氧化硅乳化堵水剂，应用于原油中可以获得均匀稳定且黏度较高的乳液，具有较高的封堵强度，并且该堵水剂组成简单易于油田实施。
本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
具体实施方式
以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
本发明提供一种纳米二氧化硅乳化堵水剂，该纳米二氧化硅乳化堵水剂由纳米二氧化硅、表面活性剂和水组成；所述纳米二氧化硅乳化堵水剂中，纳米二氧化硅的含量为0.5-20重量％，表面活性剂的含量为0.02-5重量％，其余为水。
本发明提供的纳米二氧化硅乳化堵水剂组成简单，其中含有的纳米二氧化硅颗粒表面含有大量羟基。本发明的发明人在研究中发现，这些羟基有可能与某些类型的非离子、阳离子表面活性剂发生络合作用形成络合颗粒，这种络合颗粒分散于油水界面，可以具有非常好的稳定油水界面的效果。与普通的具有界面活性的表面活性剂相比，纳米二氧化硅颗粒吸附在油水界面上形成高强度的界面膜，使乳液具有非常好的稳定性和较高的黏度，可以实现较好的封堵效果。
根据本发明，提供的纳米二氧化硅乳化堵水剂中，所述纳米二氧化硅的平均粒径的选择可以是只要满足使乳液具有好的稳定性和较高的黏度即可。优选情况下，所述纳米二氧化硅的平均粒径为100nm以下；优选地，所述纳米二氧化硅的平均粒径为50nm以下；更优选地，所述纳米二氧化硅的平均粒径为20nm以下。本发明中可以使用的这种纳米二氧化硅可以是不含水的固体粉末，也可以是分散在水中的二氧化硅溶胶。所述纳米二氧化硅还可以是商购获得，例如LudoxHS-40(纳米二氧化硅含量为40重量％，纳米颗粒平均粒径约10nm，美国Sigma-Aldrich公司产品)、AEROSIL200(平均粒径12nm，德国德固赛(EVONIK-DEGUSSA))、LM-150(平均粒径20nm，美国卡博特(CABOT))。
本发明中，纳米二氧化硅与特定的表面活性剂组合，以特定的组成含量下，更有利于得到的纳米二氧化硅乳化堵水剂应用于原油时，可以获得稳定性好且有较高黏度的乳液，可以实现更好的封堵效果。优选地，所述纳米二氧化硅的含量为2-10％重量％，所述表面活性剂的含量为0.05-1重量％，其余为水。
根据本发明，所述表面活性剂可以与纳米二氧化硅形成络合颗粒，优选情况下，所述表面活性剂为聚醚型表面活性剂或阳离子表面活性剂。
进一步地，本发明中，所述聚醚型表面活性剂可以为包含CH2CH2O嵌段的表面活性剂；更优选地，所述聚醚型表面活性剂为壬基酚聚氧乙烯醚(NPE)、脂肪醇聚氧乙烯醚(AE)和吐温中的至少一种。可以进一步优选所述聚醚型表面活性剂中氧乙烯聚合度，所述聚醚型表面活性剂中的氧乙烯聚合度是指每摩尔表面活性剂分子中所含氧乙烯嵌段的摩尔数，可以以字母n表示。特别优选地，所述聚醚型表面活性剂中的氧乙烯聚合度为n＝3-100；进一步地，所述聚醚型表面活性剂中的氧乙烯聚合度为n＝10-50。当使用上述聚醚型表面活性剂时，更有利于与纳米二氧化硅形成络合颗粒吸附油水界面上形成高强度的界面膜，使乳液具有非常好的稳定性和较高的黏度，可以实现较好的封堵效果。具体地，所述壬基酚聚氧乙烯醚可以以化学式C9H19-(C6H4)-O-(CH2CH2O)n-H表示，其中n＝3-100，优选n＝10-50，例如可以具体为壬基酚聚氧乙烯醚NPE-10(即n＝10)。所述脂肪醇聚氧乙烯醚可以以化学式R-O-(CH2CH2O)n-H表示，其中R为饱和的或不饱和的C12-C18的烃基，可以是直链或带支链的烃基，n＝3-100，优选n＝10-50，例如可以具体为十二烷基醇聚氧乙烯醚(n＝80)、癸烷基醇聚氧乙烯醚(n＝9)。所述吐温可以具体为吐温-20(即n＝20)。
根据本发明，所述表面活性剂也可以为阳离子表面活性剂。优选情况下，所述阳离子表面活性剂为季胺盐型表面活性剂，且亲水端包含铵基阳离子。例如可以具体为十四烷基三甲基氯化铵、十四烷基三甲基溴化铵、十六烷基三甲基溴化铵和十六烷基二甲基溴化铵中的至少一种。
本发明中，所提供的纳米二氧化硅乳化堵水剂不仅组成简单，而且可以方便地制备得到，方便于在油田实现使用。本发明提供的纳米二氧化硅乳化堵水剂可以通过将所述纳米二氧化硅、表面活性剂加入水中溶解，制备得到。其中，所述纳米二氧化硅、表面活性剂的加入量使得得到的纳米二氧化硅乳化堵水剂中，纳米二氧化硅的含量为0.5-20重量％，表面活性剂的含量为0.02-5重量％，其余为水；优选地，所述纳米二氧化硅的含量为2-10％重量％，所述表面活性剂的含量为0.05-1重量％，其余为水。
本发明还提供了本发明提供的纳米二氧化硅乳化堵水剂在油井中进行堵水的应用，该应用包括将该纳米二氧化硅乳化堵水剂与酸混合，得到的混合物的pH值为8以下，将所述混合物与原油混合，所述混合按所述纳米二氧化硅乳化堵水剂与原油的剂油体积比为0.4-0.7：1进行。
在将本发明提供的纳米二氧化硅乳化堵水剂应用于油井进行堵水应用时，适当地将该纳米二氧化硅乳化堵水剂调节pH值，可以更有利于所述纳米二氧化硅乳化堵水剂中的纳米二氧化硅与表面活性形成的络合颗粒有更好的乳化效果，例如可以在所述纳米二氧化硅乳化堵水剂使用时加入少量的酸，优选地，所述酸为无机酸，所述混合物的pH值为5以下。所述无机酸可以例如为盐酸。
以下将通过实施例对本发明进行详细描述。
以下实施例中，乳液稳定性通过将制备的乳液在80℃恒温密闭静置48h，观察乳液无油水分离为乳液稳定，反之，乳液不稳定。
乳液粘度采用GB/T10247-2008方法使用ThermoFisher公司HakkeVT550型号的旋转粘度计测得。
实施例中使用的表面活性剂均可市售获得。
实施例1
本实施例用于说明本发明提供的纳米二氧化硅乳化堵水剂与应用。
将LudoxHS-40和表面活性剂加入水中溶解，配制成6mL纳米二氧化硅乳化堵水剂，其中各组分名称和含量见表1。
应用该6mL纳米二氧化硅乳化堵水剂时，向其中加入盐酸调节至合适的pH值。按剂油体积比0.4:1加入15mL原油(密度约0.91g/mL，50℃黏度约60mPa·s)，经振荡混合器剧烈混合形成乳液。将所制备的乳液放入烘箱中80℃恒温密闭静置48h，观察乳液的稳定情况并测定黏度。调节达到的pH值和观察测定结果列于表1。表1中给出的含量为重量％，下同。
实施例2
本实施例用于说明本发明提供的纳米二氧化硅乳化堵水剂与应用。
将LM-150和表面活性剂加入水中溶解，配制成14mL纳米二氧化硅乳化堵水剂，其中各组分名称和含量见表1。
应用该14mL纳米二氧化硅乳化堵水剂时，向其中加入盐酸调节至合适的pH值。按剂油体积比0.7:1加入20mL原油(密度约0.91g/mL，50℃黏度约60mPa·s)，经振荡混合器剧烈混合形成乳液。将所制备的乳液放入烘箱中80℃恒温密闭静置48h，观察乳液的稳定情况并测定黏度。调节达到的pH值和观察测定结果列于表1。
实施例3
本实施例用于说明本发明提供的纳米二氧化硅乳化堵水剂与应用。
将AEROSIL200和表面活性剂加入水中溶解，配制成11mL纳米二氧化硅乳化堵水剂，其中各组分名称和含量见表1。
应用该11mL纳米二氧化硅乳化堵水剂时，向其中加入盐酸调节至合适的pH值。按油剂体积比0.55:1加入20mL原油(密度约0.91g/mL，50℃黏度约60mPa·s)，经振荡混合器剧烈混合形成乳液。将所制备的乳液放入烘箱中80℃恒温密闭静置48h，观察乳液的稳定情况并测定黏度。调节达到的pH值和观察测定结果列于表1。
实施例4
按照实施例1的方法，不同的是，用表面活性剂吐温-20替代表面活性剂NPE-10。其中各组分名称和含量见表1。
观察乳液的稳定情况并测定黏度，调节达到的pH值和观察测定结果列于表1。
实施例5
按照实施例1的方法，不同的是，用表面活性剂癸烷基醇聚氧乙烯醚(n＝9)替代表面活性剂NPE-10。其中各组分名称和含量见表1。
观察乳液的稳定情况并测定黏度，调节达到的pH值和观察测定结果列于表1。
实施例6
按照实施例1的方法，不同的是，用表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵替代表面活性剂NPE-10。其中各组分名称和含量见表1。
观察乳液的稳定情况并测定黏度，调节达到的pH值和观察测定结果列于表1。
实施例7
按照实施例1的方法，不同的是，用表面活性剂含量0.02重量％替代0.05重量％。其中各组分名称和含量见表1。
观察乳液的稳定情况并测定黏度，调节达到的pH值和观察测定结果列于表1。
实施例8
按照实施例1的方法，不同的是，用表面活性剂含量5重量％替代0.05重量％。其中各组分名称和含量见表1。
观察乳液的稳定情况并测定黏度，调节达到的pH值和观察测定结果列于表1。
实施例9
按照实施例1的方法，不同的是，用纳米二氧化硅含量1重量％替代2重量％。其中各组分名称和含量见表1。
观察乳液的稳定情况并测定黏度，调节达到的pH值和观察测定结果列于表1。
实施例10
按照实施例1的方法，不同的是，用纳米二氧化硅含量20重量％替代2重量％。其中各组分名称和含量见表1。
观察乳液的稳定情况并测定黏度，调节达到的pH值和观察测定结果列于表1。
对比例1
按照实施例1的方法，不同的是，仅将表面活性剂NPE-10加入水中溶解，配制成乳化堵水剂，组分名称和含量见表1。
观察乳液的稳定情况并测定黏度。调节达到的pH值和观察测定结果列于表1。
对比例2
按照实施例4的方法，不同的是，仅将吐温-20加入水中溶解，配制成乳化堵水剂，组分名称和含量见表1。
观察乳液的稳定情况并测定黏度。调节达到的pH值和观察测定结果列于表1。
对比例3
按照实施例3的方法，不同的是，仅将十二烷基醇聚氧乙烯醚(n＝80)加入水中溶解，配制成乳化堵水剂，组分名称和含量见表1。
观察乳液的稳定情况并测定黏度。调节达到的pH值和观察测定结果列于表1。
对比例4
按照实施例2的方法，不同的是，仅将十六烷基三甲基溴化铵加入水中溶解，配制成乳化堵水剂，组分名称和含量见表1。
观察乳液的稳定情况并测定黏度。调节达到的pH值和观察测定结果列于表1。
对比例5
按照实施例1的方法，不同的是，用司盘-60替代NPE-10加入水中溶解，配制成堵水剂，其中各组分名称和含量见表1。
观察乳液的稳定情况并测定黏度。调节达到的pH值和观察测定结果列于表1。表1中给出的含量为重量％。
对比例6
按照实施例1的方法，不同的是，用十二烷基苯磺酸替代NPE-10加入水中溶解，配制成堵水剂，其中各组分名称和含量见表1。
观察乳液的稳定情况并测定黏度。调节达到的pH值和观察测定结果列于表1。
表1
由表1中的数据可以看出，实施例1-10中均能形成稳定乳液，经80℃恒温静置48h未出现油水分离，乳液黏度(50℃)超过200mPa·s，具有较高的封堵强度。
对比例1-4采用不含纳米二氧化硅的表面活性剂为乳化剂制备油水乳液，无法形成稳定乳液，对比例5-6采用纳米二氧化硅分别和不含氧乙烯嵌段的非离子型表面活性剂或阴离子型表面活性剂复配，均无法形成稳定乳液。
实施例11
为了测定堵水剂在地层中的实际堵水效果，采用驱油评价装置(山东中石大石仪科技有限公司)进行堵水性能评价。
试验介质为直径25mm、长度200mm的填砂管，试验温度为50℃(填砂管制作方法采用SY/T6315-2006第5.4.2节所述干装法)。首先在填砂管中填满30-40μm石英砂，将填砂管置于驱油评价装置中，在50℃试验温度下恒温4h，注入蒸馏水，通过测定注入压力、流出液体流速计算得到填砂管渗透率(采用SY/T5336-2006第6.3.2节所述液体稳态渗透率测定方法)，数值记为堵前渗透率kw0；然后注入实施例1得到的堵水剂使其填满填砂管孔隙，恒温放置24h，注入蒸馏水，逐渐提高注入压力，当第一滴液体从填砂管末端流出时的注入压力即为封堵强度，通过测定注入压力、流出液体流速计算得到填砂管渗透率，数值记为堵后渗透率kw1。
根据堵前和堵后渗透率计算得到堵水率E％＝((kw0-kw1)/kw0)×100％
结果见表2。
对比例7
按照实施例11的方法，不同的是，用对比例1得到的堵水剂替代实施例1得到的堵水剂。结果见表2。
对比例8
按照实施例11的方法，不同的是，用根据专利CN102061153制得的堵水剂替代实施例1得到的堵水剂。
该堵水剂制备方法为：将110g工业级40重量％浓度二甲胺与400g清水混合稀释，将78g环氧氯丙烷分为四份，每2小时加入一份，全部加完后冷却至室温，再加入412g清水，得到1kg堵水乳化剂。将3g堵水乳化剂与97g粘度为630mPa·s、含水0.3％的脱水原油混合，搅拌均匀，得到堵水剂。
结果见表2。
表2
编号 封堵强度/MPa kw0/μm2 kw1/μm2 E/％
实施例11 1.0 3.237 0.024 99.26
对比例7 0.03 3.162 2.963 6.29
对比例8 0.26 3.215 1.033 67.87
对比例7和对比例8由于所形成的乳液稳定性差，注入后油水迅速分离，出现渗流通道，因而封堵强度大幅低于实施例11。采用本发明提供的纳米二氧化硅乳化堵水剂，所形成的封堵液稳定性好，具有更高的封堵强度和堵水率。

Claims (11)

1.一种纳米二氧化硅乳化堵水剂，该纳米二氧化硅乳化堵水剂由纳米二氧化硅、表面活性剂和水组成；所述纳米二氧化硅乳化堵水剂中，纳米二氧化硅的含量为0.5-20重量％，表面活性剂的含量为0.02-5重量％，其余为水。
2.根据权利要求1所述的纳米二氧化硅乳化堵水剂，其中，所述纳米二氧化硅的含量为2-10％重量％，所述表面活性剂的含量为0.05-1重量％，其余为水。
3.根据权利要求1或2所述的纳米二氧化硅乳化堵水剂，其中，所述纳米二氧化硅的平均粒径为100nm以下。
4.根据权利要求1或2所述的纳米二氧化硅乳化堵水剂，其中，所述表面活性剂为聚醚型表面活性剂或阳离子表面活性剂。
5.根据权利要求4所述的纳米二氧化硅乳化堵水剂，其中，所述聚醚型表面活性剂为包含CH2CH2O嵌段的表面活性剂。
6.根据权利要求5所述的纳米二氧化硅乳化堵水剂，其中，所述聚醚型表面活性剂为壬基酚聚氧乙烯醚、脂肪醇聚氧乙烯醚和吐温中的至少一种。
7.根据权利要求6所述的纳米二氧化硅乳化堵水剂，其中，所述聚醚型表面活性剂中的氧乙烯聚合度为3-100。
8.根据权利要求7所述的纳米二氧化硅乳化堵水剂，其中，所述聚醚型表面活性剂中的氧乙烯聚合度为10-50。
9.根据权利要求4所述的纳米二氧化硅乳化堵水剂，其中，所述阳离子表面活性剂为季胺盐型表面活性剂，且亲水端包含铵基阳离子。
10.权利要求1-9中任意一项所述的纳米二氧化硅乳化堵水剂在油井中进行堵水的应用，该应用包括将该纳米二氧化硅乳化堵水剂与酸混合，得到的混合物的pH值为8以下，将所述混合物与原油混合，所述混合按所述纳米二氧化硅乳化堵水剂与原油的剂油体积比为0.4-0.7：1进行。
11.根据权利要求10所述的应用，其中，所述酸为无机酸，所述混合物的pH值为5以下。
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